流江河#桥深水桩基础填充式双壁钢围堰设计与检算

PAGEPAGE11流江河1#桥深水桩基础填充式双壁钢围堰设计与检算1工程概况1.1设计情况流江河1#桥中心桩号DK33+941，设计为21*32m钢筋混凝土桥梁，全长700.63m，其中深水基础有8#、9#桩，水深分别为7～10m，设计桩径150cm，常水位期间流速缓慢。流江河2#桥中心桩号DK34+799，设计为20*32m钢筋混凝土桥梁，全长665.63m，其中深水基础有3#、4#桩，水深分别为7～9m，设计桩径150cm，常水位期间流速缓慢；流江河3#桥中心桩号DK36+522，设计为8*32m钢筋混凝土桥梁，全长256.60m，其中深水基础有3#、4#、5#、6#桩，水深分别为10～13m，设计桩径150cm，常水位期间流速缓慢；1.2水文资料 流江河1#桥Q1/100=4530m3，H1/100=294.2m，V1/100=3.82m/s，水深7～10m；流江河2#桥Q1/100=4530m3，H1/100=279.45m，V1/100=3.92m/s，水深7～9m；流江河3#桥Q1/100=4530m3，H1/100=294.39m，V1/100=4.61m/s，水深10～13m。1.3地质情况流江河1#桥深水桩位处河床表层上伏3～6m中砂层，中为3～4m强风化泥岩，下为弱风化泥岩（最大承载力0.4MPa）。流江河2#桥深水桩位处河床表层为4～6m强风化泥岩或砂岩，桩位处河床表面最大高差约150cm。流江河3#桥深水桩位处河床表层为2～4m强风化泥岩或砂岩，桩位处河床表面平缓，相对高差不大。2设计原则尤丁剑，1978.1，男，江西玉山，大学，学士，工程师，项目总工程师，山东泰安市大河中铁十四局集团第二工程有限公司，271000双壁钢围堰施工是我合同段的重中之重，结构设计是否合理将直接影响该项目的实施乃至全桥施工的顺利进展，在设计过程中本着以下原则：2.1结构合理，因地制宜，有利于工厂化大规模生产作业双壁钢围堰的设计必须考虑下阶段现场大规模生产的需要，充分结合桥梁位置处的地形、地质、地貌。尽可能采用标准模块化设计，以利于形成工厂化流水作业，加快施工进度。2.2质量安全，必须保证结构的整体稳定性与安全性任何结构设计的前提都是质量安全，钢围堰的设计也不例外。设计前必须充分考虑施工过程中可能出现的各种工况，分析各工况可能会出现的各种假想情形，并建立相应的力学模型，考虑足够的安全系数的条件下认真分析计算，最终确定钢围堰的结构尺寸、钢材型号及连接方式，确保工程质量安全。2.3经济适用，在满足结构的合理性能以及质量安全的前提下做好最优化的设计，节约工程成本钢围堰的设计另外一个必须建立的基础就是工程成本，不计成本设计出的结构绝对是不合理的，如何选材最优、选型最优是设计的关键性问题。在市场调查的基础上，结合桥梁设计图纸、技术规范以及相关工程的施工经验，保证安全、质量、进度的前提下确定最优最节约的方案。2.3环境保护市场经济活动不得以牺牲环境围代价。在钢围堰设计过程中需始终贯穿着环境保护的理念。3设计与检算3.1概述达成铁路流江河1～3＃桥水中基础共计8个，桩基础及水中承台拟采用双壁钢围堰施工，基本情况如下表所示：桩位河床地质情情况桥名序号桩号承台尺寸m承台底标高承台处河床标高高施工水位施工水深河床表层地质情情况承载力(Mpaa)1#桥1810.9*133.6*22.5255.85259.35269.9310.58中砂，厚度3..5m0.052910.9*133.6*22.5263.25265.75269.934.18中砂，厚度7..5m0.052#桥32010.1*133*2.55261.71262.71269.737.02砂岩，6.1mm0.3542110.1*133*2.55261.61262.61269.737.12砂岩，8m0.353#桥5337.5*13**2.5280.27277.77286.568.79砂岩0.356347.5*13**2.5280.46274.75286.5611.81砂岩0.357357.5*13**2.5280.64277.06286.569.5砂岩0.358367.5*13**2.5280.83277.83286.568.73砂岩0.351#、2#四个承台采用圆形双壁钢围堰施工，3#桥四个承台采用方形双壁钢围堰施工。围堰制作：围堰采用∠63×63×6、∠75×75×8等型号角钢做龙骨，3mm钢板做面板焊制而成，4ｍ一节，沉井沿内外壁的刃角至沉井顶端布设两排16螺纹钢筋，间距@=15cm，就位后填充C20水下砼。双壁钢围堰结构如图所示：3.2检算内容双壁钢围堰施工检算内容如下①加工阶段②浮运阶段结构强度、刚度、稳定性，围堰的整体稳定性③就位后浇筑砼阶段，④承台施工阶段3.3检算过程3.3.1加工阶段：围堰在岸边工作平台上焊制成形后，通过滑道拖至水中，不需进行检算。3.3.2浮运阶段钢围堰壁内为空，围堰下水后，利用其自身浮力悬浮在水面上，其在水中的受力状态如下图所示：图一浮运阶段受力图①围堰浮运阶段整体稳定性计算设浮运阶段，围堰内壁内注水高度ｈ，围堰壁内外水位差为h1,重心离底边的距离为h2，浮心离底面的距离为h3，如下图所示⑴壁内外水位差计算：16m钢围堰自重为：80.9KNＦ浮＝G，即：ρgｖ排＝Gρg(π（R2－ｒ2）ｈ围堰)＝G上式中：R：围堰外壁半径，r为围堰内壁半径，ｈ围堰为围堰高度，取15.6m经计算得ｈ1＝1.66m⑵重心位置计算围堰的平均密度ρ1×15.6×（8.8-h2）＝ρ水×h（h2-0.5h）经过计算其重心高度为：⑶浮心位置计算浮心高度为：⑷定倾半径计算：围堰的定倾半径计算，围堰排开水的体积如下图所示：定倾半径J：围堰浮正位置的吃水线包围的面积对其纵轴的惯性矩，V：围堰排开水的体积⑸整体稳定性计算根据浮体的稳定条件，需满足以下条件：将以上结果代如上式可得：h2+11.16h-16.12>0解上述方程得，h>1.29m即当围堰壁内注水高度大于1.29m后，方可保证其稳定,考虑刃脚时，其高度应为1.69m。②围堰结构计算：围堰悬浮于水中时，其受力如图一所示，围堰壁内水面以下受水的均布压力，内外壁上的压强为P＝ρgh＝1.66×104Pa围堰结构如下图：图二围堰结构示意图⑴N4计算：杆件N4受两侧钢板的水压力，如右图：压力F＝PS＝1.66×104×1×0.88＝14.6KN计算模型如右图：ｑ＝F/L=14.6/1＝14.6KN/m将以上结果输入SAP2000得，跨中弯矩为：W＝1.825KN/m跨中处应力（满足要求）支座反力RA=7.3KN⑵横肋计算双壁钢围堰为圆形结构，横肋各截面仅受压力，不受剪力，满足受力要求。⑶N5龙骨计算：钢围堰内N5杆件受力可为简化为一桁架，B节点处受力如下图：F＝Ps=1.66×104×1.76×1＝27.6KNAB、BC杆件为∠75×75×8角钢，AC杆件为∠63×63×6角钢。将以上受力模型输入SAP2000计算可得桁架受力如图：由以上计算结果可知，AC杆件受拉力，AB、BC杆所受相同压力，故需对此二根杆件进行检算。AC杆：最大正应力此杆件只受拉力，为二力杆件，无需检算其他项目。AB杆：此杆为受压杆件，需检算稳定性。组合截面的性质计算稳定性检算自由长度：面内：lx＝0.8l0＝0.8*116＝92.8cm，面外：ly＝l0＝116cmA、对x轴压弯稳定性检算自由长度lx=92.8cm查表得：故得：B、对y轴压弯稳定性检算自由长度ly=116cm查表得：故得：3.3.3砼浇筑阶段砼浇筑阶段砼侧压力，F＝0.22γct0β1β2＝0.22×15×15×1.2×1×＝65KN/m2γc：新浇砼在水中的容重t0：浇筑温度β1：外加剂影响修正系数β2：坍落度影响修修正系数V：砼浇筑速度（m/h）,取1.2又：F＝γcH＝15×4＝600KN/mm2按规范取其中的的较小值60KNN/m2，由此可计算出每每个框架单单元上砼的的侧压力，并并计算焊缝缝长度。3.3.4承台台施工阶段段①围堰及封底砼重重力与浮力力比较：F浮＝ρgV排＝1.00×1033×10π10.112×14..08＝451000KN围堰、填壁砼及及封底砼重重量：G=8006.1++190005+133579＝333990KNF浮-G＝11709.99KN所以：封底砼与与桩基之间间的力为117009KN，该处每每个承台上上有桩基础础11根，每根根桩基上的的抗拉力为为10644KN。②围堰内抽水后，围围堰外壁受受水压力，受受力如下：：由以上受力图不不难看出，封封底砼以上上围堰壁受受压力最大大，但不受受剪力,该处均布布荷载由水水压力和主主动土压力力两部分组组成：该处的压强为：：P＝P水＋P砂＝ρgh＋γhKa＝1.0××103×10××12＋0.7××103×10××2×0..4＝1.766×1055Pa可得：F=Prr=1.776×1005×10..5＝